Какое отношение имеет высокая наука к появлению памперсов и дамских колготок? Зачем Китай скупает полимерный мусор в соседних странах? Оправданы ли страхи по поводу микропластика? Почему именно биополимеры стали основой жизни на Земле? Эти и другие темы в программе «Время науки» на Радио “Комсомольская правда” (97,2 FM) обсуждали: - радиожурналист Мария Баченина, - академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ), - их гость - доктор физико-математических наук Алексей Хохлов, академик РАН, профессор, заведующий кафедрой физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ имени Ломоносова. - Алексей Ремович, вы специалист в области полимеров.
Полимер это такая длинная цепная молекула, из полимеров делают всякие пленки, волокна, строительные материалы и так далее. А вот делают ли полимеры удобнее и комфортнее повседневную жизнь обычных домохозяек? - Конечно, есть замечательный простой пример - памперсы. Они невероятно облегчают жизнь родителям, потому что каждому новорожденному ребенку нужно несколько раз в день менять подгузники.
А “работают” в этих памперсах специальные полимеры - гели-суперабсорбенты, которые могут абсорбировать большое количество воды или физиологической жидкости. - А когда человечество поняло, что такое полимер? Какова история вопроса? - Первым гипотезу о том, что белки, крахмал, резина и другие хорошо знакомые нам вещества состоят из длинных цепных молекул, высказал немецкий ученый Герман Штаудингер.
Это произошло в 1920 году. Вначале эта гипотеза была принята учеными в штыки. Какие там цепные молекулы? Но Штаудингер свою гипотезу доказал и в 1953 году получил Нобелевскую премию за открытие строения полимеров. - Всего сто лет назад. А до этого человечество про полимеры не знало... - Не знало молекулярное строение полимеров. Но сами полимеры, конечно, уже использовало.
Начнем с того, что мы сами состоим из полимеров. В Европе каучук был известен после того, как испанцы завоевали Америку. Европейцы видели, как индейцы играют в каучуковый мяч. В середине XIX века ученый Чарльз Гудьир изобрел процесс вулканизации каучука - нашел способ сшить эти длинные цепи дисульфидными мостиками. И в результате цепи сшиваются и перестают течь относительно друг друга.
Для дождливой Англии это было очень важно, поскольку можно было делать абсолютно непромокаемые плащи. - Но это заимствования из природы? - Да, это из природы. А первый промышленно произведенный абсолютно искусственный материал - это бакелит. Его изобрел в 1907 год Лео Бэкеланд. Материал продемонстрировал удивительные свойства, его можно было использовать, как изолятор, необходимый для электротехники, которая тогда быстро развивалась.
Все это были отдельные эпизоды. В 20-е годы Штаудингер показал, что полимер - это длинная цепь. И с этого момента начался бурный рост. Один из важных результатов – синтез нейлона, это было сделано Уоллесом Карозерсом в DuPont, кажется, в 1933 году. И уже в 1938 году на Всемирной выставке в Париже главный плакат американского павильона – это женщина, натягивающая нейлоновые чулки.
Это открыло новую эпоху. Дальше Вторая мировая война. Японцы захватили практически все плантации натурального каучука. Встал вопрос о производстве синтетического каучука. Эта задача была решена еще до войны и в Советском Союзе, и в Соединенных Штатах. Далее, поскольку нейлоновые волокна все-таки, подвержены деградации, поэтому они уступили место полиэтилентерефталату (полиэстеру).
Он был синтезирован в Америке в 1941 году. В России полиэстер выходил под торговой маркой «Лавсан». «Лавсан» это сокращение - «лаборатория высокомолекулярных соединений Академии наук». Это сделала группа под руководством академика Коршака в Институте элементоорганических соединений, который сейчас носит имя Несмеянова. Это 1948 год.
После войны началось бурное развитие науки, полимерной промышленности. В результате сейчас в мире производится 400 миллионов тонн полимеров в год. - Действительно, много замечательных полимеров производим. Но что с ними делать после того, как условно говоря, колготки продырявятся, а использованная пластиковая бутылка будет выброшена? - Это важный вопрос - жизненный цикл полимерных материалов.
Потому что они очень плохо поддаются разложению в обычных природных условиях. С ними что-то нужно делать. Есть три пути: вторичная переработка, сжигание и захоронение. Наиболее удачная схема вторичной переработки придумана с полиэтилентерефталатом. Из него делают не только одежду из волокон полиэстера, но и бутылки для воды. В Москве есть специальные урны, куда эти бутылки нужно складывать, их можно перерабатывать больше десяти раз. - Но ведь каждая переработка укорачивает цепочку полимера? - Да, это же механический, а не химический процесс.
Появляются какие-то примеси, загрязнения. Другие полимеры не так хорошо перерабатываются: два-три раза, а потом свойства теряются. Все-таки чистый полимер есть чистый полимер. И в конечном итоге полимер закончит свою жизнь либо на свалке, либо будет сожжен. Страны пошли по разным путям. Те государства, у которых территории относительно мало, полимеры сжигают.
В частности, это большинство европейских стран. - А некоторые, наверное, экспортируют в другие страны? - Да. Традиционно очень много мусора вывозилось в страны третьего мира. Но сейчас ситуация такая, что мусор становится ценным сырьем в Восточной Азии. Дело в том, что китайцы вдохновились перспективой получать энергию благодаря сжиганию полимеров.
Они построили громадное количество мусоросжигательных заводов. И в результате в Китае собственного мусора, который производят полтора миллиарда человек, стало не хватать. И они закупают мусор во Вьетнаме, в Таиланде, в окружающих странах, чтобы загрузить мусоросжигательные заводы, вырабатывающие энергию. У Китая вообще сейчас идея чистой энергии - это некая религия.
Больше всего об этом кричали европейские страны, а реально дальше всех продвинулся в этом вопросе Китай. - А что такое чистая энергия? - Речь идет об энергии, которая получается не из ископаемых источников. Можно получать энергию из ветра, солнца и так далее. А можно - сжигая мусор. И это получило в международной практике название «чистая энергия».
Хотя, конечно, если мы все посчитаем, то она далеко не чистая. Но Китай и Европа пошли по пути сортировки и сжигания. А, скажем, в России, США, Канаде, Бразилии сделали ставку на захоронение. Природа в конечном итоге все перемелет, полимеры деградируют. - Только время жизни у них достаточно большое. - Большое, да. Но когда говорят, что натуральные полимеры быстрее деградируют, это не совсем так.
Есть город Венеция. Он стоит на деревянных сваях… - Привезенных из России. - Нет, это, конечно, байки. Они привезены из окрестных гор, но это действительно лиственница. И она до сих пор сохранила прочность. Когда речь идет о целлюлозе (а это самый распространенный биополимер), говорят, что ее можно деградировать с помощью ферментов.
Но эти ферменты должны получить доступ к целлюлозе. А если целлюлоза окружена некой биооболочкой, это защищает ее от разложения. Тут не все так просто. Полимеры, в общем-то, безобидные, пусть лежат себе в земле, в конце концов они начнут разлагаться, ничего с ними особенного не произойдет. - А как бы все-таки ускорить этот процесс - создать биоразлагаемые полимеры? - Есть такое направление - биоразлагаемые полимеры.
В каких-то случаях они действительно важны. Что такое биоразлагаемый? Это значит, с помощью ферментов происходит более быстрое разложение. Обычно это происходит в специальных компостерах, где поддерживают высокую температуру. А в обычных природных условиях биополимеры типа целлюлозы (а это основной биополимер), разлагаются не так уж быстро.
Давайте сравним: все говорят про 400 миллионов тонн полимеров произведенных химической промышленностью, а древесины производится в год 2,5 миллиарда тонн. В каждом доме мебель деревянная стоит и ничего с ней в течение многих лет не происходит. - Сейчас много говорят про микропластик, который потенциально может представ…